Modélisation analogique en tectonique et géomorphologie

Le laboratoire de modélisation analogique assure la réalisation de projets expérimentaux autour de 3 grandes thématiques : la tectonique (déformations ductiles, couplages fragile/ductile, couplage sédimentation/déformation, tectonique salifère), la dynamique de la subduction et la géomorphologie (rivières en incision, transport sédimentaire, évolution des reliefs)

  1. Dispositifs expérimentaux
  2. Mode de fonctionnement
  3. Projets récents et en cours
  4. Publications récentes (2013-2018)

Responsable scientifique : Benjamin Guillaume

Responsable techniqueJean-Jacques Kermarrec

Personnel ITRFPascal Rolland

Le laboratoire est très ouvert sur l’extérieur avec de nombreuses collaborations nationales et internationales, tant académiques, qu’industrielles. Il est reconnu comme l’un des principaux laboratoires expérimentaux de modélisation des processus tectoniques et géomorphologiques en France. Il participe aussi à la mise en place de TP sur l’approche expérimentale en Sciences de la Terre. Le laboratoire fait également partie du réseau TECMODF (regroupant les laboratoires français dédiés à la modélisation analogique des processus géologiques) et d'EPOS (European Plate Observing System). 

Dispositifs expérimentaux

  • Tectonique d'échelle crustale à lithosphérique  :  4 postes équipés avec moteur de déformation pas-à-pas. Salle à température régulée, dispositifs de sédimentation, dispositifs thermo-mécaniques
Top view of thrust wedge deformed in extension by a displacement applied at its thin end by a rotating wall - © Konstantinos Kydonakis

 

  • Tectonique à l'échelle mantellique :  2 postes équipés avec deux moteurs de déformation pas à pas : sirop de glucose/silicone/sable
Subduction of a ridge and morphology of the corresponding slab - © Benjamin Guillaume

 

  • Géomorphologie, 2 postes : chenal en incision et micro-flume.
Channel being incised - © Edwin Baynes

Le laboratoire est également équipé de dispositifs pour :

  • l'acquisition de la topographie à haute résolution (mm à infra-mm) par LIDAR et photogrammétrie et de vélocimétrie par suivi de particules (PIV)
PIV and photogrammetric topography of a crustal deformation experiment

 

  • la mesures des propriétés physiques des matériaux (densimètre, viscosimètre de Couette)
  • la fabrication de pièces sur mesure (imprimante 3D)

et s'appuie sur un atelier de mécanique dédié pour la mise en oeuvre de dispositifs sur mesure.

Mode de fonctionnement

Les demandes de travaux sont centralisées et planifiées par J. Kermarrec et P. Rolland en accord avec B. Guillaume. Il s’agit de déterminer la faisabilité des expérience et/ou de planifier et coordonner les expériences, définir des priorités pour le développements techniques et favoriser l’accès au plus grand nombre de chercheurs. Un tarif établi en fonction du type d’expérience (sable, sable/silicone, sable/silicone/sirop de glucose, silice) est disponible sur demande pour les chercheurs de Géosciences et les chercheurs extérieurs. L’atelier de modélisation analogique n’a pas la vocation d’effectuer des expériences sur commande mais fournit, si possible, les moyens techniques pour leur mise en place dès la phase de conception sur le papier. Chaque expérience est ensuite réalisée par les chercheurs/étudiants directement concernés.

Projets récents et en cours

  • Projet SUBITOP (ITN Marie Curie) : La surface terrestre est sculptée par l'érosion active des continents qui sont eux formés et soulevés par des processus tectoniques. Un des processus tectoniques majeurs sur Terre est la subduction, processus au cours duquel une lithosphère océanique ploie pour s'enfoncer au sein du manteau terrestre. La subduction est un moteur de la tectonique des plaques qui permet le recyclage d'eau, de CO2 et de matériel crustal à l'intérieur de la Terre, entretenant également la convection mantellique et le transport global de chaleur. Le but de ce projet est d'étudier les relations entre déformation de la plaque plongeante en profondeur et évolution topographique à la surface de la Terre, notamment dans le contexte de l'évolution Cénozoïque de la Méditerranée.  Participants : Carlos Fernandez-Garcia, Benjamin Guillaume, Jean-Pierre Brun.
Laboratory modeling of a slab detachment and natural analog (Central Mediterranean) - © Carlos Fernandez-Garcia

 

  • Projet WaterfallModel3D (Marie-Curie Actions Individual Fellowship) : Les cascades sont des éléments importants des rivières car elles transmettent à travers le paysage les signaux d'érosion qui eux sont contrôlés par des perturbations externes aussi bien d'origine climatique que tectonique. Notre compréhension actuelle des facteurs contrôlant l'érosion par les cascades est limitée et simpliste. Les expériences menées en laboratoire permettent d'isoler et de quantifier l'impact de différents facteurs comme la hauteur de la cascade, la résistance du substrat rocheux, le flux sédimentaire et le débit de la rivière sur le type et le taux d'érosion au niveau des cascades. Porteur du projet : Edwin Baynes.
    WaterFall3D - Generation and subsequent erosion of a waterfall following a reduction in the input sediment supply. - © Edwin Baynes

 

  • Projet Interactions dorsales et zones de subduction (financements INSU, ECOS) : Ce projet s'attache à comprendre l'impact de l'arrivée en subduction d'une dorsale sur la dynamique de la subduction et la déformation de la plaque chevauchante. Participants : Méline Salze, Rodrigo Javier-Suarez, Joseph Martinod, Christian Sue, Matias Ghiglione, Benjamin Guillaume
Variations in dip associated with the subduction of an increasingly younger oceanic lithosphere - © Méline Salze

Publications récentes (2013-2018)

  1. Baynes E.R.C., Lague, D., Kermarrec, J.-J., 2018. Supercritical river terraces generated by hydraulic and geomorphic interactions. Geology, doi :  10.1130/G40071.1 
  2. Salze, M., Martinod, J., Guillaume, B., Kermarrec, J.-J., Ghiglione, M.C., Sue, C., 2018. Trench-parallel spreading ridge subduction and its consequences for the geological evolution of the overriding plate: Insights from analogue models and comparison with the Neogene subduction beneath Patagonia. Tectonophysics, doi : 10.1016/j.tecto.2018.04.018
  3. Baynes E.R.C, Lague D., Attal M., Gangloff A, Kirstein L.A., Dugmore A.J., 2018. River self-organisation inhibits discharge control on waterfall migration. Scientific Reports 8, 2444, doi : 10.1038/s41598-018-20767-6.
  4. Guillaume, B., Hertgen, S., Martinod, J., and Cerpa, N.G., 2018. Slab dip, surface tectonics : How and when do they change following an acceleration/slow down of the overriding plate ?, Tectonophysics 726, 110-120,  doi : 10.1016/j.tecto.2018.01.030.
  5. Brun, J.-P., Sokoutis, D., Tirel, C., Gueydan, F., Van Den Driessche J. , and Beslier M.-O., in press. Crustal versus mantle core complexes, Tectonophysics, doi : 10.1016/j.tecto.2017.09.017.   
  6. Bajolet F., Chardon D., Martinod J., Gapais D., Kermarrec J.J., 2015. Syn-convergence flow inside and at the margin of orogenic plateaux : Lithospheric-scale experimental approach. J.G.R. Solid Earth, 120, 6634-6657, doi : 10.1002/2015JB012110.
  7. Kydonakis, K., J.-P. Brun, and D. Sokoutis, 2015. North Aegean core complexes, the gravity spreading of a thrust wedge, J. Geophys. Res. Solid Earth, 120, doi : 10.1002/2014JB011601
  8. Driehaus, L., T. Nalpas, J.-F. Ballard, 2014. Interaction between deformation and sedimentation in a multidecollement thrust zone : Analogue modelling and application to the Sub-Andean thrust belt of Bolivia. Journal of Structural Geology, 65, 59-68, doi : 10.1016/j.jsg.2014.04.003
  9. Gapais D., Jaguin J., Cagnard F., Boulvais P., 2014. Pop-down tectonics, fluid channelling and ore deposits within ancient hot orogens. Tectonophysics, 618, 102-106.12, doi : 10.1016/j.tecto.2014.01.027
  10. Philippon M., Brun J-P., Gueydan F. and Sokoutis D., 2014. The interaction between Aegean back-arc extension and Anatolia escape since Middle Miocene. Tectonophysics, doi : 10.1016/j.tecto.2014.04.039
  11. Srivastava, H., Cobbold, P.R., 2014. What makes India such a good indenter ? Current Science, 104 (2), 288-292.
  12. Zanella, A., Cobbold, P.R., Le Carlier de Veslud, C., 2014. Physical modelling of chemical compaction, overpressure development, hydraulic fracturing and thrust detachments in organic-rich source rock. Marine and Petroleum Geology 55, 262-274, doi : 10.1016/j.marpetgeo.2013.12.017.
  13. Barrier, L., T. Nalpas, D. Gapais, J.-N. Proust, 2013. Impact of synkinematic sedimentation on the geometry and dynamics of compressive growth structures : Insights from analogue modelling. Tectonophysics, 608, 737-752.5, doi : 10.1016/j.tecto.2013.08.005
  14. Driehaus, L., Nalpas, T., Cobbold, P.R., Gelabert, B., Sàbat, F. 2013. Effects of margin-parallel shortening and density contrasts on back-arc extension during subduction : Experimental insights and possible application to Anatolia. Tectonophysics, 608, 288-302, doi : 10.1016/j.tecto.2013.09.028 .
  15. Midtkandal I., Brun J.P., Gabrielsen R.H., Huismans R.S., 2013. Control of lithosphere rheology on subduction polarity at initiation : Insights from 3D analogue modelling. Earth and Planetary Science Letters, 361, 219–228, doi : 10.1016/j.epsl.2012.10.026
  16. Reber, J.E., Galland, O., Cobbold, P.R., Le Carlier de Veslud, C. 2013. Experimental study of sheath fold development around a weak inclusion in a mechanically layered matrix. Tectonophysics, 586, 130-144, doi:10.1016/j.tecto.2012.11.013.
  17. Soleimany, B., T. Nalpas, F. Sàbat, 2013. Role of the compression angle on the reactivation of an inverse fault. Geologica Acta, 11, 265-276.